浅谈纤维混凝土的性能和现状.doc

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资源描述

1、浅谈纤维混凝土的性能和现状【摘要】随着现代社会的发展,混凝土用量的增加,为满足混凝土耐久性、韧性的要求,各国开始了对纤维混凝土的研究和发展。本文对比了纤维混凝土和普通混凝土之间的特性,并对纤维混凝土的研究现状进行了分析和总结。 【关键字】普通混凝土 纤维混凝土 研究现状 中图分类号: TU37 文献标识码: A 引言 自从 19 世纪前期混凝土诞生以来,由于其原料来源广,成本低,生产简单且抗压性能较好等原因,使得普通混凝土得以迅速发展,目前已成为全世界用量最广的人工材料,并且在未来相当长的时间内也很难有其他材料取代它。然而由于混凝土是一种多孔脆性材料,因此在现代社会向高层、大跨度建筑发展的过程

2、中,普通混凝土的弊端逐渐显现出来,从而限制了其使用的范围。 1.普通混凝土 普通混凝土是水泥、水和骨料等原材料经搅拌后入模浇筑,并经养护硬化后做成的人工石材,其具有以下缺点: (1)普通混凝土虽抗压强度较高,但抗拉强度较低,约为抗压强度的1/10 左右,因此普通混凝土构件仅适用于受压部位;尽管近代预应力混凝土的发展,但是仍未改变其本身性质,预应力混凝土在正常使用情况下,仍会出现开裂现象。 (2)由于普通混凝土的开裂,使得空气和水蒸气进入混凝土,加快了内部钢筋的腐蚀,所以导致普通混凝土构件耐久性较差。 (3)普通混凝土是脆性材料,其冲击韧性和变形能力较差,导致抗震性能差,脆性断裂不仅使得材料性能

3、不能得到充分发挥,而且还易造成工程事故。 (4)普通混凝土由于其密度较大,导致混凝土构件一般自重较大,构件尺寸较大,加大了钢筋的用量,也限制了混凝土向高层、大跨建筑的发展。 (5)普通混凝土是多孔材料,因此其渗透性较大,从而导致其抗冻性和耐久性明显降低。 因此由于混凝土的以上缺点,使得混凝土结构需要大量的维修费用,其维修费用有时甚至可能超过其建造费用,特别是处于潮湿环境下的构件,其使用寿命更是远远短于预计设计的寿命。有些混凝土建筑仅仅修建了几年后就需进行不断的维修,其造成的经济损失巨大,因此对混凝土耐久性的研究不仅仅关乎构件的经济性和适用性,更是业界人士的共同话题。 另一方面,现代社会随着人口

4、的急剧增加,人类为了节省生存空间,开始向空间、地下、海洋、高层、大跨等方向多维发展,对构件物的耐久性也提出了更高的要求,因此急需一种新型的混凝土替代普通混凝土,纤维混凝土在此种情况下应运而生。 2.纤维混凝土 纤维混凝土是指在普通混凝土中加入短纤维所形成的复合材料。其实纤维的加入并未改变混凝土中各种材料的本身的性能,它是通过改变混凝土内部构造从而改善混凝土的众多性能。其主要特点如下: (1)由于纤维能细化混凝土的细微结构,使得混凝土在受力开裂时纤维能与混凝土共同承担荷载,改善了混凝土的脆性,使得混凝土在开裂后仍能够承受荷载,从而能进行有效的预测,减少了因脆断所造成的工程事故; (2)混凝土开裂

5、后,纤维作为外荷载的主要承担者,避免了混凝土的继续开裂,增加了混凝土的抗裂性,减小了混凝土的收缩性; (3)纤维的加入增强了混凝土的韧性,提高了混凝土的抗拉性能,改善了混凝土的渗透性和抗冻性,使得混凝土在潮湿环境下应用时的耐久性得到提高; (4)有效改善了混凝土的抗冲击性、抗疲劳能力和抗震性能,使得结构向高层、大跨度方向发展成为可能。 3.纤维混凝土的研究现状 最初发展的纤维混凝土主要有钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土和碳纤维混凝土,后来由于石油事业的发展使得合成纤维混凝土也得以问世,因合成纤维材料来源广、成本低等原因,使得合成纤维混凝土也得到迅速的发展。普通混凝土中的纤维现在主要使用的有钢纤维、

6、玻璃纤维、碳纤维和合成纤维聚丙烯纤维,其中钢纤维因其与水泥的亲和性好,能明显改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗冻、抗冲击、抗疲劳等性能,从而使得其研究应用最广,并且在同等强度条件下,钢纤维的加入还可以减小混凝土的厚度,减少混凝土的用量,从而降低其工程造价。然而钢纤维价格较贵,且设计配比时较复杂,并且施工起来相当麻烦,另外钢纤维密度较大,增加了构件的自重,加上钢纤维自身容易腐蚀,这些因素使得钢纤维在广泛推广中受到了阻碍。 对于纤维混凝土的理论研究,现行比较权威的两种理论为复合理论和纤维间距理论,但两种理论都不完善,其中复合理论未考虑纤维复合的耦合效应,纤维间距理论未 考虑纤维自身的耦合作用。其中复

7、合理论认为水泥材料是基相,而纤维是分散相,材料 力学混合定理认为加分散相后会使得基相的性能得到改善,即复合材料的性能是基相性能和分散相性能的加权和,该理论认为纤维和混凝土间靠粘结力作用在一起,当结构受外界力开裂时,在裂缝处的钢纤维会产生与开裂方向相反的力,从而阻止了混凝土的继续开裂,提高了混凝土的抗裂性。 4.结语 纤维混凝土具有许多普通混凝土不具有的优点,特别是对混凝土的抗冲击性和抗疲劳性改善明显,使得纤维混凝土能应用于承受重复荷载的桥梁、路面、吊车梁等工程和承受风荷载、波浪荷载等作用的结构,如高层建筑、海洋平台、大跨度桥梁等,纤维混凝土的发展使得建筑工程向着更高、更大、更远方向发展成为了可能,并能提高建筑物的耐久性,满足人们对建筑物工程质量的要求。 【参考文献】 1李国明.钢纤维混凝土的性能研究与应用实例J.水泥与混凝土,2005,6. 2王辉. 钢纤维混凝土的性能研究与应用J.科技向导,2010,7. 3蒋应军.钢纤维混凝土性能与施工工艺研究J.混凝土,2008,8.

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